综述：蓝色生物经济中的可持续性：水产食品副产物增值技术与可持续性评估的批判性综述

《Future Foods》：Sustainability in the Blue Bioeconomy: A Critical Review of Technologies and Sustainability Assessment of Aquatic Food Side-Stream Valorization

　　

全球水产食品消费与生产规模持续增长，由此产生的副产物富含营养性与功能性化合物。此类副产物的增值利用为将未充分利用材料转化为高值产品提供了循环路径。然而，增值过程本身需要消耗额外资源，因此必须从环境、经济与社会三个维度系统评估其是否真正提升可持续性。本综述系统分析了40篇经同行评审的水产食品副产物增值技术可持续性相关研究。环境维度的评估占比达80%，其中91%的研究采用生命周期评估(Life Cycle Assessment, LCA)方法；经济维度评估占40%；社会维度则几乎未被探索，仅有一项研究尝试整合三个维度。研究对象中，鱼类内脏与甲壳类外骨骼分别占35%与20%。被评估的增值技术多处于技术就绪水平(Technology Readiness Level, TRL)3与4阶段，占比82%。精细化学品应用场景的提取方法更为多样，而食品应用场景通常涉及更简化的加工流程。蛋白质提取率为6-53%，具体取决于副产物类型；虾青素、几丁质等高值精细化学品的提取率则较低，仅为1-3%。在80%的情景中，与传统提取方法或现有生命末期处置方案相比，增值利用的全球变暖潜势(Global Warming Potential, GWP)更低。经济可行性主要受工厂规模、产品售价与工艺效率影响。本综述建议统一报告从捕捞到增值全过程的单元操作、输入与输出，以提升透明度与可比性。未来研究应明确界定经济与社会指标，以全面评估水产食品副产物增值的可持续性。

1. 1.
   引言
   全球水产食品消费在2021年达到1.65亿吨，人均20.7千克，且预计将持续增长。为满足需求，同年产量攀升至2.232亿吨，主要来自海洋环境。然而，大量生物质未能进入食品供应链：11.79%在捕捞环节损失，另有21.55%的食品级生物质在后续加工中损失。即使是挪威底层鱼类这类技术先进的产业，原料利用率也仅为56%，低于亚洲罗非鱼加工75%的可食用产出率。此类低效产生大量生物副产品。以挪威白鱼副产物为例，年捕捞量31万吨中约13.64万吨未被利用，若充分回收可产出4.78万吨蛋白质。当前仅36%的白鱼重量最终成为可食用产品，剩余部分虽可能具有可食用性但因市场原因未被消费。根据欧盟指令2008/98/EC，副产品指生产过程中非主要目标产生的物质或对象，水产食品领域的副产品包括鳍鱼的头、颊、鳍、尾、鳞、内脏、血液、骨架，以及贝类与甲壳类的壳、内脏和腿。加工残余物如水产养殖与食品加工废水，若满足废弃终结(end-of-waste)状态标准也可归为此类。废弃终结状态需满足：存在特定市场需求、用途符合法规标准且不危害人类健康与环境。本文将上述副产品与加工残余物统称为副产物(side-streams)。此类副产物因富含蛋白质水解物、Omega-3脂肪酸、维生素、矿物质、酶及明胶、胶原蛋白、类胡萝卜素等生物活性化合物而具有重要价值。增值利用不仅能减少食物浪费，更是实现蓝色经济循环性与资源效率的关键路径。增值指从食品加工副产物中提取有价值组分以生产高值产品，同时解决处置成本与环境影响的双重问题，属于废物管理层级中回收阶段的优选策略。当前已开发出化学、生物与物理等多种提取技术，传统方法依赖溶剂易引发环境问题，因此非热、低能耗、低溶剂用量的绿色技术成为研究重点，包括超声辅助提取、加压液体提取(Pressurized Liquid Extraction, PLE)、超临界CO₂提取(Supercritical CO₂Extraction, SC-CO₂)、微波辅助提取与脉冲电场技术。尽管前景广阔，但增值过程本身消耗能源、水与化学试剂，未必总能带来净环境收益。若缺乏适当评估，可能导致环境负担转移而非消解。同时，技术的经济可行性是产业采纳的核心，而社会维度的影响则是当前研究中受关注最少的领域。现有综述多聚焦技术发展与增值产品，或仅采用生命周期评估(LCA)分析生物炼制的环境影响，未覆盖其他环境评估方法学及经济、社会维度，也未纳入满足废弃终结标准的加工残余物评估。因此，亟需开展涵盖可持续性三维框架的综合整合性综述。本研究旨在识别重点水产生物质与副产物，梳理增值技术、加工步骤、产品与应用场景，解析可持续性评估方法学与报告实践，最终提出统一指南以支持蓝色经济政策、产业与研究发展。
2. 2.
   方法论
   本研究采用系统性综述方法，筛选并分析评估水产食品副产物增值技术可持续性的研究，聚焦同时涵盖环境、经济与社会三维度的文献。检索以SCOPUS与Web of Science(WoS)为核心，辅以滚雪球法补充数据库未收录的关键文献。检索词按可持续性三维框架、海洋物种、副产物类型组合构建，布尔运算符连接三大主题模块，限定2000年至2025年8月的同行评审论文。筛选流程首先通过Rayyan.AI去重，随后通过人工筛选保留明确涉及水产食品副产物及其加工技术增值的研究，排除仅讨论技术效率而无可持续性评估的文献，最终纳入40项研究。分析维度包括：水产生物质类型、副产物来源、增值加工技术、增值产品及应用行业。技术就绪水平(TRL)依据适用于水产食品增值的化学工业改良量表判定，并关联物种、副产物、产品与应用行业以识别高成熟度技术路径。同时绘制典型技术价值链的加工阶段，使用Python pandas与Matplotlib、Plotly进行分析。针对每项研究的可持续性维度，提取功能单位、系统边界、分配程序、评估框架与工具，并进一步分析报告的可持续性指标、核心发现与报告透明度。
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   结果与讨论
   3.1 入选文献概述
   环境维度研究最多(32篇)，其次为经济维度(16篇)，两者重叠7篇。仅有一项研究整合三维框架，针对鱼油生产Omega-3构建多目标优化模型。社会影响评估存在显著空白。地理分布上，西班牙相关研究占比最高(11篇)，而中国及东南亚等水产主产区的可持续性评估文献极为匮乏。

3.2 增值路径：水产生物质、副产物类型、加工步骤与应用

鱼类内脏(35%)与甲壳类外骨骼(20%)是研究最集中的副产物，渔获副渔获物(by-catch)研究最少(5%)，加工废水等液态流出物的关注度正逐步提升(18%)。软体动物与其他水生动物(如海参、海胆、水母)的评估仍十分有限。技术就绪水平(TRL)分析显示，82%的技术处于实验室验证阶段(TRL 3-4)，达到TRL 7-8的规模化技术极少，且仅集中于鱼类内脏、外部部件、液态流出物与渔获副渔获物。应用场景方面，饲料行业的增值技术成熟度最高，精细化学品(包括蛋白质水解物、几丁质/壳聚糖、明胶、Omega-3脂质、色素、抗菌肽等)占比最大(31%)，但多处于中低TRL阶段。能源回收(14%)、农业应用(9%)与食品应用(12%)也是重要方向。食品应用加工流程最简单，以蛋白质提取为主，多采用酸碱提取与灭菌步骤，干燥工序较少；精细化学品应用加工最复杂，提取方法最为多样。工艺产率数据显示，蛋白质提取率为6-53%，虾青素与几丁质等精细化学品产率不足1-3%，鱼粉与鱼油产率则为2-28%。

3.3 环境影响评估

80%的研究开展了环境影响评估，其中91%采用生命周期评估(LCA)，其余使用能值评估(Emergy Assessment, EA)、生态效率(Eco-efficiency)与生态足迹(Ecological Footprint, EcoF)。能值评估显示，副产物增值可显著降低运输燃料相关的能值需求，但新增机械投入与水耗会抵消部分收益。生态效率评估表明，从软骨鱼废弃物中同步提取多种生物化合物的生态效率高于单一生产鱼粉。生态足迹研究显示，化学法提取几丁质的全球公顷影响是酶法的近两倍，但该方法的局限性在于对水相关影响的敏感性不足。LCA研究的功能单位可分为产品视角(59%)、废物视角(28%)与原料质量视角(10%)；系统边界以摇篮到大门(Cradle-to-Gate, 59%)为主。清单分析中，52%的研究使用实验室或产业一线数据，83%使用Ecoinvent等数据库。分配方法上，10%采用零负担假设(zero-burden approach)，21%采用质量分配，3%采用经济分配。影响评价以中点指标为主，全球变暖潜势(GWP)的报告率达100%。贡献分析显示，上游捕捞/养殖环节(若纳入系统边界)通常是GWP的首要来源，试剂生产与电力消耗是增值阶段的主要贡献者，而增值产品与副产品常表现出避免的环境影响。解释阶段的结果显示，41%的增值情景环境影响低于参照系统，11%高于常规方案。食品应用的GWP通常低于鱼粉生产，源自副产物的壳聚糖与Omega-3的环境影响低于藻类来源，但高于石油基或陆地动物源产品。减少化学试剂用量、提升工艺产率、扩大处理规模均可降低环境影响。敏感性分析表明，电价、能源结构与区域背景是影响结果的关键因素。

3.4 经济评估

40%的研究包含经济评估，其中18%结合环境评估，1项整合三维框架。评估方法包括技术经济分析(Techno-Economic Analysis, TEA)、全生命周期成本(Life Cycle Costing, LCC)与多样化经济指标。TEA结果显示，年处理量14万吨级的大型项目可获得正向净现值(Net Present Value, NPV)，高值产品(如蛋白质水解物)比低值产品(如碳酸钙)利润更高。原料价格、产品售价与试剂成本是主要敏感因素。LCC研究指出，尽管生物炼制路径初始投资高，但长期NPV显著高于常规处置方案。其他经济指标分析表明，规模化运营、高产品附加值、高效加工工艺与稳定的原料供应是保障经济可行性的核心要素，而低值产品或低TRL技术往往伴随长回报周期与有限收益。

3.5 社会评估：缺失的支柱

社会维度严重滞后，仅有一项研究纳入该维度，且仅包含“社会需求满足”与“收益共享”两个简化指标，远未覆盖全生命周期的社会影响。

3.6 全生命周期可持续性评估(Life Cycle Sustainability Assessment, LCSA)

LCSA要求整合环境LCA、经济LCC与社会生命周期评估(Social Life Cycle Assessment, S-LCA)，但当前研究尚未实现这一整合。S-LCA的标准化框架(ISO 14075:2024)已发布，未来需加强其在蓝色生物经济中的应用，以覆盖公平、社会正义、地方发展与人权等议题。

3.7 挑战与建议

当前研究面临九大挑战：物质流分析(Material Flow Analysis, MFA)支持不足、功能单位设定缺乏指引、系统边界跨维度不一致、规模化数据匮乏、分配方法与零负担假设应用混乱、影响类别选择与报告不规范、结果呈现不统一、不确定性与敏感性分析应用率低、三维结果聚合缺失。针对性建议包括：将MFA作为LCA前置步骤以量化损失分布；根据比较目标选择功能单位并优先采用功能当量单位；统一跨维度的系统边界并覆盖基础设施与全流程；优先评估TRL 5及以上技术并使用可靠数据库；依据ISO 14044规范分配方法；建立适用于水产副产物增值的核心影响指标集；采用图表结合的方式透明报告数据；将不确定性与敏感性分析作为标准流程；推进LCSA框架落地并开发多准则决策模型以实现三维结果聚合。

1. 4.
   结论
   水产食品副产物增值是实现循环蓝色生物经济的重要路径，但其潜力释放依赖于稳健的整合性可持续性评估。当前研究在环境与经济的生命周期评估上取得进展，但社会维度严重缺失。未来需超越孤立案例研究，转向面向功能的比较评估，关注未充分利用资源与新兴高值市场，并通过方法学统一与跨学科协作，推动该领域成为可持续蓝色经济的核心组成部分。